اخبار شرکت mBio. با استفاده از تکنولوژی ژنومیک برای ارزیابی مقاومت ضد میکروبی Escherichia coli در خوک ها در شرق چین بیش از 12 سال

استفاده بیش از حد از آنتی بیوتیک ها در پزشکی و کشاورزی منجر به ظهور مقاومت آنتی بیوتیک شده است که یک تهدید جدی برای سلامت عمومی است.تحقیقات فعلی عمدتاً بر روی محیط های بالینی متمرکز شده است.، با تحقیقات ناکافی در مورد بررسی ویژگی های مقاومت Escherichia coli از حیوانات بیمار، به ویژه خطر انتقال از حیوان به انسان.

اخیراً، a research team from the Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine of the Zhejiang Academy of Agricultural Sciences and the School of Life Sciences of the University of Science and Technology of China published a new study in the journal mBioبا استفاده از تکنولوژی ژنومیک، این مطالعه مقاومت آنتی بیوتیک 114 گونه از Escherichia coli را از خوک های بیمار که طی یک دوره 12 ساله در شرق چین جمع آوری شده بودند، تجزیه و تحلیل کرد. این مطالعه مشخص کرد،برای اولین بار، گونه های Enterotoxigenic E. coli (ETEC) که حامل هر دو ژن mcr-1 و mcr-3 هستند.

مقدمه

استفاده نامناسب از آنتی بیوتیک ها در دامداری و مراقبت های بهداشتی منجر به گسترش گسترده باکتری های مقاوم در برابر داروها شده است که حامل "ژن های فوق مقاوم" (مانند blaNDM، mcr-1،و tet ((X4))این باعث تضعیف اثربخشی "انتی بیوتیک های آخرین راه" شده و منجر به کمبود داروهای جدید شده است که یک مشکل جدی ایجاد می کند.

E. coli، به عنوان یک بیماری زا عمده، می تواند باعث بیماری شود و ژن های مقاوم در برابر داروها را در سراسر اکوسیستم ها گسترش دهد (مانند آنهایی که ژن های پرخطر blaNDM-5، mcr-1، و tet ((X4/X5) را حمل می کنند).اثرات ترکیبی از ویروس پذیری بالا و مقاومت چند دارویی آن خطر ابتلا به بیماری را تشدید می کند.توالی کل ژنوم (WGS) یک فناوری کلیدی برای شناسایی ژن های مقاوم در برابر داروها و بیماری زا است که پایه ای برای پیشگیری و کنترل بیماری های حیوانات و انسان فراهم می کند.

نتایج تحقیقات

1شیوع Escherichia coli در این مطالعه

همانطور که در شکل 1A نشان داده شده است، این مطالعه 114 سلول E. coli را از خوک های بیمار و مرده از 82 مزرعه در 11 شهر در استان ژجیانگ بین سال های 2010 تا 2021 تجزیه و تحلیل کرد. این خوک ها از اسهال رنج می بردند،اسپلنومگالی، و هپاتومگالی

همانطور که در شکل 1B نشان داده شده است، تجزیه و تحلیل ژنومی 39 نوع توالی (ST) را نشان داد که ST88 (که 15.8٪ را تشکیل می دهد) شایع ترین آنها بود. بیشترین تنوع ST در Shaoxing و Hangzhou مشاهده شد.چندین ST در طول سال ها و شهرها همزیستی داشتندبرخی از انواع ST (مانند ST88) در طول دوره نه ساله به طور مداوم شایع بودند، در حالی که برخی دیگر (مانند ST117 و ST48) فقط در دوره های خاص ظاهر شدند. شناسایی نمونه قابل اعتماد بود.,و تفاوت های کوچک SNP بین سویه ها نشان می دهد انتقال ممکن بین مزارع و زمان متفاوت است.

نمودار ۱. ویژگی های اپیدمیولوژیکی ۱۱۴ جداکننده Escherichia coli

نمودار A: توزیع نمونه گیری و زمان در استان ژجیانگ (نمایشگرهای آبی)

شکل ب: ارتباط سویه ها با شهر، سال و ژن های مقاوم در برابر داروها با خطر بالا. ضخامت خط با تعداد سویه ها مطابقت دارد.

شکل ج: حداقل درخت گسترش بر اساس MLST ساخته شده است. اندازه گره نشان دهنده تعداد سویه ها است و طول شاخه منعکس کننده تغییرات ژنتیکی است.

نتیجه گیری: جداسازی E. coli از خوک های آلوده در ژجیانگ تنوع ژنتیکی بالایی (39 نوع ST) را نشان می دهد.تفاوت های ژنتیکی ظریف بین سویه ها نیز خطر انتقال بین مزارع را نشان می دهد. سویه ST88 تا 9 سال فعالیت اپیدمی ثابت کرده

شکل ۲. ANI از 114 E. coli isolate

نام گونه های E. coli که از سال 2010 تا 2017 جدا شده اند به رنگ آبی نشان داده شده و نام گونه های E. coli که از سال 2018 تا 2021 جدا شده اند به رنگ صورتی نشان داده شده است.

2تجزیه و تحلیل مقاومت ضد میکروبی از 114 E. coli Isolates

114 جداسازی E. coli از خوک های بیمار به طور کلی مقاومت چند دارویی شدید را نشان دادند (99.12٪ در برابر سه یا چند کلاس دارویی مقاوم بودند (شکل 3B)).مقاومت در برابر آمپیسیلین و داروهای ترکیبی به 100% رسیده استدر سال ۲۰۱۸، میزان مقاومت در برابر کولستین (۱۵.۵ درصد از کلینیک ها) در مقایسه با سال ۲۰۱۸ افزایش یافته است.71٪) نسبت به دوره قبلی به طور قابل توجهی کاهش یافته است (29.55٪) (همانطور که در شکل 3C، 2018-2021 نشان داده شده است). با این حال، میزان مقاومت فلورفنیکول به 94.29٪ افزایش یافت، در حالی که نرخ مقاومت در برابر داروهای دیگر نسبتا پایدار باقی ماند.این تغییر پویا ممکن است با اصلاحات در سیاست های دارویی مرتبط باشد..

نمودار ۳. مقاومت آنتی بیوتیک در ۱۱۴ جداکننده E. coli

نمودار A: نرخ مقاومت 114 جداکننده در برابر 13 آنتی بیوتیک؛ نمودار B: توزیع سویه های مقاوم در برابر داروهای مختلف

شکل C: مقایسه تغییرات در نرخ مقاومت بین سال های 2010-2017 و 2018-2021، با آزمایش های کی مربع که برای تجزیه و تحلیل اهمیت تفاوت ها استفاده می شود.

نتیجه گیری: مقاومت چند دارویی شدید در E. coli جدا شده از خوک های بیمار در استان ژجیانگ شایع بود، با مقاومت کولستین به ویژه برجسته است.بعد از ممنوعیت در سال ۲۰۱۷این تغییرات پویا ارتباط نزدیکی با اصلاحات در سیاست های مصرف مواد مخدر دارد.

3مشخصه سازی ویژگی های ژنومیک مرتبط با AMR در جداکننده های E. coli

این مطالعه نشان داد که 114 E. coli جدا شده از خوک های بیمار به طور متوسط 4.9 پلاسمید دارند که پلاسمید IncFIB شایع ترین آن است (78.07٪ از سویه ها).همه سویه ها حداقل دو ژن مقاومتی دارویی (ARG) داشتند، و 80.7٪ دارای بیش از 10 ARG بودند، که mdf ((A) ، tet ((A) ، floR و sul2 شایع ترین آنها هستند. یافته های کلیدی ارتباط قوی بین پلاسمید های خاص و ژن های مقاوم در برابر داروها (به عنوان مثالg.، نوع IncHI2 با aadA2b/sul3/tet ((A) ، و نوع IncI2 با mcr-1) ، و آزمایشات تأیید کردند که پلاسمید های IncI2 می توانند به طور موثر انتقال ژن mcr-1 را بین سویه ها واسطه کنند.

نمودار ۴. نتایج پیش بینی ژن های مقاومتی در 114 جداسازی Escherichia coli

شکل ۵. ضریب همبستگی بین ARG ها و پلسمید های نقل شده در 114 جداکننده E. coli

نتیجه گیری: E. coli از خوک های بیمار معمولاً حامل پلاسمید های متعدد هستند و برای ژن های مقاومت غنی شده اند.پلاسمید های IncI2 نشان داده شده که ناقل بسیار کارآمد برای انتقال افقی ژن مقاومت کلیدی mcr-1 هستند..

4شناسایی ویژگی های ژنومی مرتبط با ویروس در جداکننده های E. coli

این مطالعه نشان داد که تمام 114 جداسازی E. coli تجزیه و تحلیل شده حداقل یک ژن ویروس را حمل می کنند، که تقریباً 80٪ حداقل 10 ژن را حمل می کنند. در میان این موارد ژن terC شایع ترین (99.12٪) بود.به دنبال ژن traT (81.58٪) ، سایر ژن های مهم ویروژن، stb، sta1، stx2A، stx2B و astA، در 24.56٪ تا 36.84٪ از جداکننده ها رخ داده است.تجزیه و تحلیل نشان داد ارتباط قابل توجهی بین انواع گونه های خاص (نوع ST) و برخی از ژن های ویروسST501 با stb و sta1، ST100 با astA و stb و ST88 و ST4214 با stb، sta1، stx2A و stx2B مرتبط بود.رابطه ی همزمان بین astA و stb مشاهده شد.مطالعه همچنین ۲۸ Escherichia coli تولید کننده سمی شیگا (STEC) ، ۴۳ Escherichia coli Enterotoxigenic (ETEC) ،و یک Escherichia coli تولید کننده EPEC (EPEC).

نمودار ۶. نتایج پیش بینی ژن های ویروولانس برای 114 E. coli Isolates

شبکه های قرمز نشان دهنده ژن های ویروس پذیری E. coli با خطر بالا هستند، در حالی که شبکه های صورتی نشان دهنده ژن های ویروس پذیری مشترک هستند.

نتیجه گیری: E. coli که از خوک های بیمار جدا شده است معمولاً حامل چندین ژن ویروس است. انواع خاص گونه ها (مانند ST501/ST100) به طور قابل توجهی با ژن های توکسین کلیدی مرتبط هستند.و زیرگونه های بیماری زا مانند STEC، ETEC و EPEC با موفقیت شناسایی شدند.

5مشخصات ژنومی پلاسمیدهای حامل mcr-1 و mcr-3

این مطالعه نشان داد که دو گونه E. coli حامل ژن های mcr-1 و mcr-3 هستند. این ژن ها بر روی پلاسمید های مختلف قرار دارند: mcr-1 بر روی پلاسمید IncI2 قرار دارد،که دارای ساختار ساده و پتانسیل انتقال بالا است، در حالی که mcr-3 در پلاسمید IncHI2 قرار دارد، که پیچیده و متنوع است و چندین ژن مقاومت به دارو را حمل می کند.

شکل ۷. تجزیه و تحلیل مقایسه ای از پلاسمیدهای حامل mcr و tet ((X4) با پلاسمیدهای قبلا گزارش شده با استفاده از ابزارهای BLAST.

نتیجه گیری: ژن های mcr-1 و mcr-3 در E. coli بر روی پلاسمید های ساختاری ساده (IncI2) و پیچیده (IncHI2) قرار دارند.نشان دهنده مکانیسم های مختلف انتقال ژن مقاومت.

6مشخصات ژنومیک پلاسمیدهای حامل tet ((X4)

این مطالعه نشان داد که دو گونه از E. coli مقاوم به تیگاسیکلین دارای دو پلاسمید tet ((X4) ساختاری متفاوت هستند: پلاسمید کوچک p626A1-38K-tetX4 (نوع IncX1، ساختار ساده،حاوی tet ((X4) و floR) و پلاسمید بزرگ p802A1-191K-tetX4 (نوع پیچیده)، حاوی tet ((X4) و پنج ژن مقاومت دیگر) ، هر دو شبیه ستون فقرات پلاسمیدهای اپیدمی شناخته شده هستند،و مناطق متحرک در اطراف tet ((X4) وجود دارد که حاوی چندین ژن مقاومت و توالی ورودی است، که نشان دهنده خطر انتقال سطح بالایی است.

نمودار ۸. تجزیه و تحلیل محیط ژنتیکی ژن mcr

A: محیط ژنتیکی ژن *mcr-3* در پلاسمید های p204A1-223K-mcr3 و p602A1-220K-mcr3

ب: محیط ژنتیکی ژن *mcr-1* در پلاسمید های p204A1-63K-mcr1 و p602A1-65K-mcr1

نتیجه گیری: این مطالعه نشان داد که دو پلاسمید tet ((X4) که از نظر ساختاری متفاوت هستند و توسط E مقاوم به تیگاسیکلین حمل می شوند.کولي هر دو دارای ویژگی های ستون فقرات مشابه پلاسمید های شایع هستند و حاوی مناطق متحرک اطراف ژن ها هستند.، که نشان دهنده خطر بالای انتقال است.

نتیجه گیری

این مطالعه نشان داد که مقاومت گسترده ای به داروهای مختلف (از جمله به داروهای خط آخر) در Escherichia coli جدا شده از خوک های بیمار در شرق چین وجود دارد. ژن های مقاومت کلیدی، mcr-1/mcr-3/tet ((X4) ،از طریق یک پلاسمید پیچیده (نوع IncI2/IncHI2) منتقل شده اند. This confirms that plasmids are the core vectors of drug resistance transmission and urges immediate intervention to prevent the spread of drug-resistant bacteria from animals to humans and the environment.